轮缘推进器水动力性能影响因素数值研究

发布时间：2021-11-16 11:43

　　为指导轮缘推进器（RDT）水动力学设计,借助CFD方法,对RDT各主要几何特征对其水动力性能影响开展研究。首先,验证CFD数值方法分析RDT水动力特性的有效性;然后,基于CFD研究RDT水动力性能的各主要影响因素,主要包括导管的长径比、扩散比、导管收缩比和桨叶梢径比。结果表明:RDT最佳长径比随载荷系数递增,并趋于一极限值,相比于导管扩散比和收缩比,导管长径比因素更能主导RDT的设计优化;RDT最佳扩散比随载荷系数递减,并趋于一极限值,最佳扩散比随长径比递减;RDT的收缩比对水动力性能影响不及扩散比和长径比显著,最佳收缩比随载荷系数呈线性递增,随长径比递减;RDT的最佳梢径比随载荷系数递增,无毂RDT比有毂RDT具有更小的最优梢径比。研究结果可为轮缘推进器的水动力学设计和优化提供参考。 

【文章来源】：船舶工程. 2020,42(07)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

导管螺旋桨和轮缘推进器三维模型

网格划分采用混合结构模式。对于转子域，采用结构化网格划分，以提高桨区流场的精度；对于静止域，采用非结构网格划分；对近壁面处进行边界层网格加密。以y+=3设定底层边界层高度，边界层总层数为6层。网格划分见图2。考虑到敞水流动具有周期性，以单通道流域进行水动力性能分析，这样可大大节省计算量，又不失准确性。以MRF（多重参考系）方法进行数值模拟[9-10]，将转子区划分为转子域，外区域为静止域，静止域采用为1/4圆柱体形，域间设置为冻结转子交界面。远场距离选取推进器直径的5倍。设置速度入口、压力出口和自由压力远场边界条件，桨叶、桨毂及导管边界面均设置为无滑移壁面。

本文借助ANSYS CFX软件进行流场的数值模拟。图3给出了Ka4-7010+19和初型RDT的计算结果，并与荷兰实验室公开的敞水性能的试验数据进行比较[11-12]。从图3可看出，Ka4-7010+19的CFD计算值与试验数据吻合得很好。两者推力系数及扭矩系数的最大误差均在4%以内，表明本文的数值计算模型具有有效性。而初型RDT计算结果与导管桨的试验及其CFD结果相比，虽然比较相近，但存在明显差异：RDT的推力系数在全进速比范围内略低于导管桨；扭矩系数在低进速比下略低于导管桨，高进速比下略高于导管桨；效率在低进速比下接近导管桨，高进速比下明显低于导管桨。这主要是因为RDT没有轮毂端壁，且轮缘是随桨一起转动的，导致了轴向诱导速度比导管桨小，推力系数变小，效率也在高进速比时明显变小。本文CFD方法有效预示RDT与导管桨的性能既相近又存在差异，捕捉出这种异同，说明用其研究RDT水动力学性能具有适用性。2 RDT水动力学性能影响因素分析

【参考文献】：
期刊论文
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[2]无轴推进电机技术应用研究[J]. 钟宏伟,韩雪,刘亚兵.  舰船科学技术. 2015(09)
[3]无轴轮缘推进系统的研究现状与展望[J]. 谈微中,严新平,刘正林,张聪,黄千稳,田哲.  武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2015(03)
[4]基于Fluent的多翼式离心风机性能分析[J]. 罗凯,罗鑫,黄闯,张学雷,王晓欣.  流体机械. 2014(07)
[5]美国核潜艇推进系统减振降噪技术发展分析[J]. 王汉刚.  舰船科学技术. 2013(07)



本文编号：3498817